Honeywell生產管理系統在化工企業的應用

胡稷帆

[摘 要] 本文介紹化工企業如何基于霍尼韋爾的Uniformance平臺構建生產管理系統，該系統實現了實時數據采集、生產監控、報表等方面的有效管理，將裝置工藝實時數據與業務管理相結合，進一步降低了化工企業的運行風險與生產成本，提升了企業生產管理水平及產品質量。

[關鍵詞] 實時數據；分布式；控制系統；報警；生產管理系統；化工企業

[中圖分類號] F270.7；TP315 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）19- 0038- 04

石化行業作為典型的流程制造業在國民經濟中占主導地位，其特點是以處理連續物料流、能量流為主，產品多以大批量的形式生產出來，與離散制造工業有顯著不同。隨著全球經濟一體化的發展，化工企業面臨著日益激烈的競爭，而提升企業核心競爭力的要素都體現在石化產品上，生產制造是形成產品的主要過程，生產制造能力是構成石化企業核心競爭力的關鍵內容，而生產管理系統則是提高企業生產制造管理能力的重要手段。

實時數據庫系統將實時數據處理與數據庫技術相結合，解決了過程控制系統DCS數據存儲能力有限，無法進行有效的數據共享，而關系數據庫數據處理速度低，無法對生產過程數據進行高效存儲的問題。因此，為企業提供統一而完整的企業級實時數據庫服務平臺，使企業經營管理決策層能夠對生產過程進行實時動態監控與分析，及時發現問題并進行處理，保證裝置“安、穩、長、滿、優”運行，降低生產運營成本，提高產品質量和生產效率，全面提高企業經濟效益和市場競爭能力勢在必行。

中國海洋石油總公司旗下全資子公司中海化學是國內化肥生產領軍企業，在2005年實施了基于霍尼韋爾公司Uniformance平臺的數據采集、WPKS組態工藝流程圖和生產管理報表的管理系統，并進行了多年的深化應用。該系統實現了企業重要生產數據的自動采集以及所有單元流程圖的網上發布，基于實時數據的生產報表的自動生成、關鍵裝置報警事件的采集、分析化驗結果網上發布等功能。本文就Honeywell生產管理系統在中海化學的部署內容和應用情況進行介紹。

1 Uniformance平臺

霍尼韋爾公司的Uniformance是一套成熟的石化行業生產實時數據庫系統，同時也可作為生產實時數據庫系統開發和應用的平臺，它采集、集成、保存歷史數據，包括連續的和離散的生產數據、過程性能以及過程相關數據，將實時數據、歷史數據和業務數據集成在一起，以滿足高級控制、優化和精細化生產管理的需求，從而將企業資產管理和生產管理相關聯，真正提高企業的運作效率，從而提高企業價值。與PI系統和InfoPlus等市場主流的應用產品相比，它具有以下優點：

（1）系統的分布式多級結構增加了數據安全性，降低了系統和網絡負荷。

（2）具備很強的信息處理功能，能將采集的原始數據經過業務處理變成適合最終用戶管理需要的信息。

（3）提供多個客戶端工具軟件，方便管理人員訪問更多、更高精度的歷史信息，以完成過程分析、故障查找、過程改善、事故分析及跟蹤和生成各種報表等多項任務。

（4）實現了實時數據庫PHD與Oracle關系數據庫的一體化管理，用戶在關系數據庫中直接通過位號即可調用生產實時數據。

（5）霍尼韋爾公司以其在DCS控制系統開發方面豐富的經驗，開發了統一的數據采集基礎結構和連接多種系統的實時數據庫的產品化接口RDI（Real-time Data Interface），使其像DCS一樣長期可靠地運行提供多種實時數據接口RDI，可靠性高。

（6）對采集的實時數據點數沒有數量限制，用戶數不限，能與多種型號的DCS系統互聯，擴展性好，具備較高的性價比。

（7）豐富的上層應用模件和開放的數據庫接口，為ERP（企業資源計劃系統）、MES（制造執行系統）、PCS（過程控制系統）三層結構的“數字工廠”等應用打下基礎。

總之，Uniformance為全廠范圍數據采集、存儲和管理建立了一套單一、開放、集成的體系結構開放的數據庫系統，它集成所有工廠數據、業務數據并支持相關應用，保障工廠的管理部門使用一致的數據，從實時過程數據庫或關系型數據庫中檢索數據，并將其轉化成有價值的決策支持數據信息。

2 系統應用架構

實時生產管理系統的整體應用架構如圖1所示，系統分為數據采集層、數據應用層、數據展示層。整個架構是基于Uniformance PHD實時數據庫，由實時數據庫服務器和客戶端兩大部分組成。服務器部分由數據庫管理系統、RDI（Real-time Data Interface）、歷史數據庫以及Oracle數據庫等組成；客戶端可根據用戶的需求，利用數據庫管理系統開發適用于SQL Server關系型數據庫輸入的接口應用程序。

在數據采集層，中DCS位于實時生產管理系統的底層，是系統的數據來源，實時數據庫負責集成從DCS系統抽取的生產數據，并為位于應用層的功能模塊提供數據。數據應用層建構于實時數據層之上，包括物料平衡、能耗平衡等模塊，能夠幫助企業生產管理人員及時解企業生產運行狀況。數據展示層直接與最終用戶交互，向企業管理人員快捷、直觀展示關注信息，方便調度人員了解生產運行狀況，更快地做出合理決策。

2.1 數據采集層

實施實時數據庫關鍵是如何采集過程控制系統產生的數據，即接口標準。但由于控制系統DCS來自不同的廠商，而且多使用自己的API方式存取數據，無法做到算法的通用，使系統之間的相互通訊非常復雜。因此廠商協會提出了一個標準的存取接口（OLE for Process Control，OPC），OPC作為硬件和軟件之間的一個中間件，方便不同系統之間的工業數據通訊。Honeywell（PHD）實時數據庫使用RDI通過OPC與其他控制系統交換數據，實現對所有監控系統的數據采集工作。

2.2 數據應用層

系統提供多種工具方便系統應用。過程趨勢和統計分析工具Process Trend提供基于Windows界面分析歷史數據的圖形化界面，具有趨勢分析、同位號數據對比、輸出Excel進行數據分析等功能；實時數據庫提供了多種手工錄入工位數據的方法，使用API允許用戶開發各種形式的手工錄入界面，方便用戶操作使用。

2.3 數據展示層

系統采用基于IE的瀏覽器展示技術。通過OPC將DCS的數據取出，放入歷史數據PHD服務器中，將繪圖工具（WPKS）自動繪制的棒狀圖，閥位、機泵等的動態流程圖和趨勢圖發布到網頁（Web）服務器，所有企業管理部門通過網頁服務器以瀏覽網頁的形式了解生產的實際情況。這種方式方便快捷，省掉了中間環節的報送，各個管理層可以在不同地點、同一時間看到生產過程的實際狀態，實時進行生產、控制與管理。

3 網絡拓撲組成

由于過程控制系統DCS部署于工控網內，生產管理系統部署于辦公網由，兩網是相互獨立的網段。為保證生產控制系統的安全，防止受到病毒和黑客的攻擊，在辦公網和工控網之間設置了防火墻，防止管理網終端直接進入工控網。

4 系統應用效果

中海化學基于Uniformance的WPKS系統實現對化肥（一、二期）和甲醇（一、二期）裝置過程控制數據全部采集，涉及的過程控制系統包括橫河CS 3000、霍尼韋爾TPS 3000等過程控制系統，實現工藝流程圖及趨勢、生產分析報表、生產分析評估、分析化驗數據、生產智能診斷等生產管理功能，為后期物料消耗統計分析、工藝分析與控制、設備停機時間分析等業務提供基礎數據，為生產調度決策提供輔助信息，從而實現生產管理的透明化和科學化。

4.1 工藝流程及趨勢

生產管理人員可以隨時獲得生產裝置的工藝狀況，用戶通過簡單的操作就可以查看趨勢圖。在系統流程圖上，對各關鍵設備設定正常閥值區間，且系統中各設備的閥值區間可根據安全生產管理需求及各設備生產運行狀態的不同，自行設置合理閥值區間。多位號趨勢圖可以提供將多個工藝位號放在一個趨勢圖內的功能，便于工藝人員進行分析。

4.2 生產分析報表

生產報表提供各裝置的相應報表查詢功能，主要包括廠控工藝指標執行情況、部控工藝指標執行情況、操作平穩考核報表、產量及消耗報表、質量考核報表、尿素考核報表、班組直接生產成本報表、自定義報表等，尤其是自定義報表，工藝人員根據管理需求自行定義報表的內容，然后在此基礎上進行審核修改，準確快速出具生產月報，大大提高了用戶的工作效率。

4.3 生產分析評估

生產分析評估提供各裝置的相應分析評估功能，這也是中海化學深化應用的重點。系統上線時功能主要包括工藝點評估報表、報表審核評估、裝置報警事件等。后期持續進行了深化應用，開發了開停車過程曲線、開停車進度跟蹤、天然氣組分波動分析、工藝指標偏差統計等功能。如為了開展工藝偏差統計，加強生產工藝指標監控能力，通過系統自動工藝參數運行趨勢向上或向下偏離，解決手工統計工藝參數多，工作量大，容易出現偏差和遺漏等問題。

4.4 分析化驗數據

集成實驗室信息管理系統LIMS，提供各裝置的相應分析功能，主要包括化驗單查詢、化驗數據列表、天然氣臺賬、化驗單統計、分析化驗統計等。生產工藝技術人員可以通過化驗單查詢，不用登錄LIMS就能獲得最新的化驗單數據，方便快捷的同時也減少了化驗室工作人員送單的工作。

此外，考慮中海化學已實施了ERP系統，但是和DCS系統之間沒有直接信息交互，對現場生產和管理決策缺少實時指導，為此從2008年中海化學開始“數字工廠”建設。“數字工廠”是立足于已有ERP系統和自動化控制系統DCS，深化信息樞紐“生產管理系統WPKS”的建設，實現將ERP中的生產計劃下傳到WPKS系統中，由WPKS做物料平衡轉為生產指令指導操作人員現場控制系統進行生產，最后裝置實時生產數據又通過WPKS系統上傳至ERP系統，為管理人員提供決策信息。例如實現了ERP PM模塊從WPKS系統讀取設備實時設備運行數據，實現了基于運行時間的預防性維修管理，降低了基于日歷時間預防性維修的不確定性，大大提高了設備保養的效率，保障設備可靠穩定運行。

5 生產系統應用趨勢

信息技術在化工裝置上的廣泛應用，對提升生產管理精細化水平，降低生產運營成本，提高效率起到了積極作用。為了進一步提升管理決策水平，世界大型跨國能源巨頭的生產管理系統正朝著集成化、協同化、可視化等方向發展。

（1）集成化。通過與企業裝備管理系統、安全管理系統、企業資源計劃ERP、實驗室信息管理系統等系統集成，實現生產經營信息的全方位集成。

（2）協同化。以生產管理系統為基礎，建設生產營運控制中心，通過與企業核心生產、經營信息系統集成，實現了上中下游產業鏈生產業務的信息協同共享，實現生產調度管理、決策分析等功能，支撐公司的集中營運管控模式。

（3）可視化。生產信息數據的可視化實現對生產過程、裝置運行、產品質量、物流配送、庫存，以及生產運行績效等動態跟蹤，使決策者和管理者實時跟蹤生產計劃完成情況，第一時間掌握突發事件的細節，及時制訂解決方案進行決策和管理，實現了生產的實時調度管理。

6 結束語

中海化學基于霍尼韋爾Uniformance平臺已經完成了化肥（一、二期）、甲醇等6套裝置生產管理系統實施工作，經過多年的持續深化應用，整個系統極大地方便了管理人員，在這個數據平臺的基礎上實現了關鍵數據的趨勢分析、對比，提高了企業的生產精細化管理水平。

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